滑板切断阀在聚烯烃装置PDS 场合的应用

潘 锦，鲁正乐

（1.蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西渭南 715500；2.川武自动化科技（西安）有限公司，陕西西安 710061）

1 聚烯烃排料阀（PDS 阀）的现状

（1）聚烯烃排料阀。聚丙烯和聚乙烯等聚烯烃装置在大型乙烯石化项目和甲醇制烯烃项目中属于主体装置，其工艺是由气相原料反应生产固体聚合物的复杂过程。影响装置连续长周期安全运行的因素较多，产品排料系统的排料阀是否可靠是重要的因素。

以采用UNIVATION 工艺包的聚烯烃装置为例，在催化剂作用下，流化床反应器中的气相聚乙烯（聚丙烯），经过反应生成粉状的聚乙烯（聚丙烯）。当粉状的产品在反应器床层堆积一定量时，PDS（Product Discharge System，产品排料系统）会自动控制出料操作，出料管线上的阀门就是产品排料阀，即PDS 阀。一般反应系统配有2 套PDS。

1#PDS 和2#PDS 对称配置，分别带有AA、GG、A、B、C、D、E、G、H、J、L、M、P（含P1，P2，P3）等PDS 阀，其中PDS 阀X 和W是两条PDS 公用的平衡阀。其中AA 阀和GG 阀为手动操作阀，其他阀门是自动控制的气动球阀。

（2）聚烯烃排料阀需要满足的工艺要求。聚烯烃工艺技术的特点使得PDS 阀门必须满足以下要求：①极高的动作频率，PDS 阀门的年动作次数约30～50 万次；②大量聚合反应出的产品颗粒会对阀门密封面的造成磨蚀；③聚乙烯颗粒具有自聚特性，一旦进入阀腔会自聚越来越大，影响阀门动作而最终可能抱死阀门；④需要的密封等级最低要求为Ⅵ级密封；⑤部分高压差下动作的阀门，会在小开度时承受粉料或者粒料产品对阀门的冲刷，这种冲刷会破坏阀门密封；⑥聚合反应的温差变化大，特别是生产聚丙烯的装置，在紧急事故情况下，丙烯在高压时会形成低温，要求阀门适应低温到-45 ℃；⑦阀门开关时快速动作，如要求6 英寸（15.24 cm）口径及以下的阀门，开关时间在1.5 s 内，6 英寸口径以上的阀门，开关时间在2.5 s 内。

（3）PDS 阀门存在的问题。球阀作为出料阀，虽然做了许多针对性的设计和加工，如采用无空腔设计、增强阀杆轴承、球面镜面处理、流道抛光、硬化处理等，但是依然不能满足长周期生产的需要，存在的主要问题是：①由于球阀的结构性的问题，阀球的磨损和阀腔的积料不能避免；②阀门的实际开闭扭矩会大于气动执行机构（扇形执行机构或者拨叉式）的设计扭矩；③高频次的动作以及超负荷使用严重影响气动执行机构的寿命，进而影响阀门的整体寿命；④在工况异常情况下，如出现皮带料或拉丝料，球阀必须下线解体清理，劳动强度大，维护和检修成本高；⑤选用进口品牌阀门价格高。

针对这一现状，国内厂家在致力于攻关，某仪表有限公司近年开发的滑板切断阀，应该具有比较好的应用前景。

2 滑板切断阀的结构及特点

滑板切断阀结构简单，类似于一个8 字形盲板，有盲和通两个位置，直行程动作（图1）。滑板切断阀的阀板和阀座经过硬化研磨形成镜面，实现长久零泄漏；阀座为浮动阀座。滑板切断阀的特点有以下3 个特点：

图1 滑板切断阀外形

（1）面密封和隐藏式密封。面密封是滑板切断阀区别于其他类型阀门的本质特征，其结构有2 个优点：①阀门具有更大的磨蚀裕度，在同样的介质工况下，面密封结构的阀门具有更长的使用寿命；②在密封面没有完全磨蚀掉以前，阀门可以一直保持零泄漏。

隐藏式密封是指阀门在开关过程中以及全开时，阀座和阀板密封面受到的磨蚀相比球阀等来说，要小很多。球阀的流体形态模拟如图2 所示，可以看出阀门小开度时，工艺介质直接冲刷阀座。滑板切断阀的流体形态模拟如图3 所示。滑板阀的密封面在全开和全闭时全部隐藏，不受介质冲刷磨损。阀门在半开时，因介质流向与密封面成90°，介质从顺着密封面外沿流道流过，对密封面的直接冲刷减到最小。即使外沿有一定的磨损，阀门结构采用的是面密封结构，密封面有一定宽度，也不会降低密封效果。

图2 球阀的流体状态模拟

图3 滑板切断阀的流体状态模拟

（2）镜面配合。滑板切断阀的阀板和阀座经过硬化研磨，形成镜面配合，整个阀板的表面粗糙度控制在0.2 μm 左右。由于阀座是浮动阀座，所以在保证阀座和阀板之间零泄漏的同时，还可以确保阀板动作的灵活。工厂加工的阀板镜面如图4 所示。滑板切断阀是直行程动作的阀门，每开关动作一次，阀板阀座相当于自研磨一次。所以对于滑板切断阀来说，在镜面不破坏的前提下，它的密封性能会越来越好。阀板和阀座的镜面配合是滑板切断阀的生命线，所以其材料选择、硬化处理、加工研磨的要求非常高。

图4 阀板镜面

（3）剪切力极强。由于滑板切断阀是直行程动作的阀门，工艺介质的流动方向和阀板的运动方向垂直，同时由于阀板和阀座进行足够的硬化处理和研磨，所以滑板切断阀具有极强的剪切力。其适合聚烯烃的异常工况，即正常粉料变成皮带料和拉丝料的情况，滑板切断阀可以轻易剪断物料，阀门动作不受影响。另外自洁功能也是滑板切断阀的本质特点，阀门动作时，阀板上粘附的物料会被轻松地刮掉。

（4）执行机构扭矩小且保持不变。考虑到工艺介质的压力方向与阀门动作方向垂直，阀门密封面硬度高、表面光洁、摩擦系数小，滑板阀所需要的执行机构扭矩要小。由于滑阀没有球阀意义上的阀腔，物料和阀板之间只做相对位移，消除了球阀阀球和物料的硬磨擦或者挤压现象，所以滑阀的开启关闭扭矩长时间可以保持在设计范围内。滑板切断阀是直行程动作阀门，球阀是角行程动作阀门，两种阀门的执行机构也不同。直行程动作阀门的执行机构是双作用活塞式气动执行机构，结构简单可靠，除了活塞外几乎没有可动部件；而球阀采用的角行程机构，不仅有活塞的直行程运动，还要把活塞的直行程运动变为球阀需要的角行程运动，所以可动部件较多。

PDS 场合使用的阀门是高频动作阀门，根据不同项目的统计，执行机构的故障要占到阀门总故障的50%，对生产的影响非常大。所以对高频场合而言，简单可靠的直行程执行机构要优于复杂昂贵的角行程执行机构。采用直行程气动执行机构的阀门在某壳牌气化炉煤粉锁斗泄压场合已经使用了7 年多（图5），动作频率1 次/（30 min），阀门和气缸没有任何问题。

图5 煤粉锁斗泄压阀（12 英寸600#）

3 滑板切断阀的阀腔

（1）阀腔积料问题。对于固体物料场合，滑板切断阀的阀腔是一个短板，阀腔积料会影响阀门的行程。考虑到PDS阀门动作频率高，阀门开关过程中管道和阀腔联通，如果是主物料阀（DN300 CL300），会有粉料进入阀腔，进入粉料的多少和阀门安装方位有关，垂直管道安装的阀门进入阀腔的粉料相对较少。如果粉料堆积到一定程度，会影响到阀门的正常开启。解决阀腔积料的方法，可以结合现场的具体情况进行选择。

对于全固体粉料场合或者固含量很高的场合，可以采用全封闭结构（图6）解决这个问题。使用这种结构时，开关过程中带入的粉料存在全密封结构内，不会落入阀腔，下一次动作时，存在于全密封结构内的粉料会被带回管道内，从而避免了阀腔积料。

图6 全密封结构

解决阀腔积料的第2 种方法是吹扫，吹扫气的选择以及吹扫气压力和流量等参数要必须满足工艺的要求。有些聚烯烃工艺包中，PDS 阀门本身就设计吹扫管线，并合理地使用循环气做吹扫气。这种情况下，可以采用标准结构的滑板切断阀，把循环气引入阀腔，当阀门动作过程中阀腔和管线联通时，高压的循环气带着粉料进入下游管道或设备，可以解决阀腔积料问题。

（2）分体式阀腔结构。滑板切断阀的阀腔也有其有利的一面，例如用于PDS 场合的滑板切断阀可以做成分体式结构，或者在阀腔的下游一侧开个大小合适的孔，平时用盲板盲死。阀腔的底盖示如图7 所示。当工况异常时，如果不是全密封结构的阀门，就会有块料进入阀腔，但对于滑板切断阀来说，只需要拆下阀门底盖或盲板就可以方便地清理阀腔内的物料，省去了阀门下线解体的麻烦。

图7 阀腔底盖

4 结束语

滑板切断阀的结构和特点完美地契合聚烯烃出料工况（PDS）对阀门的所有要求，是PDS 场合进口高频球阀国产化的一个理想选项。